6.3.2. Конструкция термоэлектрических термометров
Для удобства применения термоэлектрический термометр специальным образом армируется.
При этом преследуются следующие цели:
электрическая изоляция термоэлектродов;
защита термоэлектродов от вредного воздействия измеряемой и окружающей сред;
защита термоэлектродов и зажимов выводов термоэлектродов от загрязнений и механических повреждений;
придание термоэлектрическому термометру необходимой механической прочности;
обеспечение удобства монтажа на технологическом оборудовании и удобства подключения соединительных проводов.
На рис. 6.11 показано устройство термоэлектрического термометра.
Рис. 6.11. Устройство термоэлектрического термометра
Термоэлектроды 1 расположены так, что их спай 2 касается защитного чехла 3. На термоэлектроды надеты изоляционные бусы 4. На конце защитного чехла крепится головка термометра 5. В головке расположена колодка 6 с зажимами 7 для термоэлектродов и соединительных проводов 8.
Рабочий спай термоэлектрического термометра чаще всего изготавливается путем сварки, в отдельных случаях применяют пайку, а для вольфрамрениевых термометров – скрутку. В отдельных конструкциях термоэлектроды приваривают к защитному чехлу.
Электрическая изоляция термоэлектродов осуществляется материалами, сохраняющими свои изоляционные свойства при соответствующих температурах и не загрязняющими термоэлектроды. Наибольшее распространение при температурах до 1300 °C получили фарфоровые одно- и двухканальные трубки и бусы, для более высоких температур применяются бусы из окиси алюминия и из других изоляционных материалов.
Для защиты термоэлектродов от воздействия измеряемой среды их помещают в защитный чехол из газонепроницаемых материалов, выдерживающих необходимые высокие температуры и давления среды. Защитные чехлы для температур до 1000 °C изготавливают из различных марок стали. При более высоких температурах применяются специальные чехлы из тугоплавких соединений, например, из диборида циркония с молибденом для измерения температуры стали, чугуна и восстановительной газовой среды до 2200 °C. Для измерения расплавленного стекла и окислительной газовой среды до 1700 °C применяются чехлы из дисилицида молибдена.
Большинство конструкций защитной арматуры термоэлектрических термометров в настоящее время унифицировано. Они отличаются в основном конструкцией защитных чехлов, рассчитанных на различные давления, и конструкцией штуцеров. Внешний вид некоторых серийно изготавливаемых термоэлектрических термометров представлен на рис. 6.12.
Рис. 6.12. Внешний вид некоторых термоэлектрических термометров
Большое распространение в последнее время получают термоэлектрические термометры кабельного типа.
Они представляют собой два термоэлектрода, помещенные в тонкостенную оболочку (рис. 6.13).
Рис. 6.13. Устройство термометров кабельного типа:
а – с изолированным спаем; б – с неизолированным спаем
Пространство между термоэлектродами и оболочкой заполняется специальной изолирующей засыпкой (порошок MgO или Аl2O3). Оболочка изготавливается из нержавеющей или жаропрочной стали. Наружный диаметр оболочки от 0,9 до 7,2 мм, длина до 25 м. Масса термометров ТХК, ТХА – от 0,18 до 9,2 кг. Тепловая инерция – от 5 до 500 с.
Выпускаются хромель-алюмелевые и хромель-копелевые термопреобразователи с изолированным (см. рис. 6.13, а) и неизолированным (см. рис. 6.13, б) спаями.
Они применяются в интервале температур от минус 50 до 900 °C (в оболочке из жаропрочной стали – до 1100 °C) при давлении до 40 МПа.
Термопарный кабель за счет высокой плотности заполнения периклазом выдерживает изгиб на 180° вокруг цилиндра диаметром, равным пятикратному диаметру кабеля. Например, кабель диаметром 3 мм можно навить на трубу диаметром 15 мм. При этом не происходит замыкания электродов между собой или с оболочкой.
Существенным преимуществом термометров кабельного типа является их радиационная стойкость, позволяющая им работать в энергетических реакторах АЭС, а также повышенная стойкость к тепловым ударам, вибрации и механическим нагрузкам.